高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册第一章 安培力与洛伦兹力2 磁场对运动电荷的作用力测试题

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考点一 洛伦兹力的方向
1．如图所示，下列图中分别标出了匀强磁场B的方向、带电粒子的电性及速度v的方向、带电粒子所受洛伦兹力F的方向，其中正确的是( )
2.(2023·盐城阜宁中学高二期中)一根通电直导线水平放置，通过直导线的恒定电流方向如图所示，现有一电子从直导线下方以水平向右的初速度v开始运动，不考虑电子重力，关于电子接下来的运动，下列说法正确的是( )
A．电子将向下偏转，速率变大
B．电子将向上偏转，速率不变
C．电子将向上偏转，速率变小
D．电子将向下偏转，速率不变
3.(2023·连云港赣马高级中学高二月考)从太阳和其他星体发射出的高能粒子流，在射向地球时，由于地磁场的存在，改变了运动方向，对地球起到了保护作用。地磁场的示意图(虚线，方向未标出)如图所示，赤道上方的磁场可看成与地面平行，若有来自宇宙的一束粒子流，其中含有α(He的原子核)、β(电子)、γ(光子)射线以及质子，沿与地球表面垂直的方向射向赤道上空，则在地磁场的作用下( )
A．α射线沿直线射向赤道
B．β射线向西偏转
C．γ射线向东偏转
D．质子向北偏转
考点二 洛伦兹力的大小
4．两个带电粒子以相同的速度垂直磁感线方向进入同一匀强磁场，两粒子质量之比为1∶4，电荷量之比为1∶2，则刚进入磁场时两带电粒子所受洛伦兹力之比为( )
A．2∶1 B．1∶1 C．1∶2 D．1∶4
5.如图所示，三根通电长直导线P、Q、R互相平行，垂直纸面放置，其间距均为a，电流大小均为I，方向垂直纸面向里(已知电流为I的长直导线产生的磁场中，距导线r处的磁感应强度B＝eq \f(kI,r)，其中k为常数)。某时刻有一电子(质量为m、电荷量为e)正好经过坐标原点O，速度大小为v，方向沿y轴正方向，则电子此时所受洛伦兹力( )
A．方向垂直纸面向里，大小为eq \f(2\r(3)evkI,3a)
B．方向指向x轴正方向，大小为eq \f(2\r(3)evkI,3a)
C．方向垂直纸面向里，大小为eq \f(\r(3)evkI,3a)
D．方向指向x轴正方向，大小为eq \f(\r(3)evkI,3a)
考点三 电子束的磁偏转
6.(2023·盐城市高二月考)如图所示为电子射线管的示意图。接通电源后，电子射线由阴极沿x轴方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线。要使荧光屏上的亮线向下(z轴负方向)偏转，则所加的磁场方向应为( )
A．沿x轴正方向 B．沿x轴负方向
C．沿y轴正方向 D．沿y轴负方向
7.(2023·盐城市阜宁中学高二期中)显像管原理的示意图如图所示，当没有磁场时，电子束将打在荧光屏正中的O点，安装在管径上的偏转线圈可以产生磁场，使电子束发生偏转。设垂直纸面向里的磁场方向为正方向，若使高速电子流打在荧光屏上的位置由b点逐渐移动到a点，下列变化的磁场能够使电子发生上述偏转的是( )
考点四 带电体在洛伦兹力作用下的运动
8.(2023·镇江市丹阳高级中学高二期末)如图所示，带负电的小球用绝缘丝线悬挂于O点在匀强磁场中摆动，忽略空气阻力，当小球每次通过最低点A时( )
A．摆球受到的洛伦兹力相同
B．摆球的动能相同
C．摆球受到的丝线的张力相同
D．向右摆动通过A点时丝线的拉力小于向左摆动通过A点时丝线的拉力
9.(2023·南京市高二开学考试)有一质量为m、电荷量为－q的小球停在绝缘水平面上，并处在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，如图所示。为了使小球飘离水平面，下面可行的办法有(重力加速度为g)( )
A．使小球水平向左运动，速度大小为v＝eq \f(mg,qB)
B．使小球水平向右运动，速度大小为v＝eq \f(mg,qB)
C．使磁场以v＝eq \f(mg,qB)向左水平运动
D．使磁场以v＝eq \f(mg,qB)竖直向上运动
10.(2023·无锡市宜兴中学高二月考)如图所示，质量为m、电荷量为＋q的圆环可在水平放置的足够长的粗糙细杆上滑动，细杆处于磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，不计空气阻力，现给圆环水平向右的初速度v0，在以后的运动过程中，圆环运动的速度—时间图像不可能是下列选项中的( )
11．如图所示，甲、乙是竖直面内两个相同的半圆形光滑轨道，M、N为两轨道的最低点，匀强磁场垂直于甲轨道平面，匀强电场平行于乙轨道平面，两个完全相同的带正电小球a、b分别从甲、乙两轨道的右侧最高点由静止释放，在它们第一次到达最低点的过程中，下列说法正确的是( )
A．a球下滑的时间比b球下滑的时间长
B．a、b两球的机械能均不守恒
C．a球到M点的速度小于b球到N点的速度
D．a球对M点的压力大于b球对N点的压力
12.(2023·无锡市第一中学高二期中)如图所示，下端封闭、上端开口、高h＝4 m内壁光滑的细玻璃管竖直放置，管底有一质量m＝0.2 kg、电荷量q＝2 C的小球，整个装置以v＝4 m/s的速度沿垂直于磁场方向进入B＝0.3 T、方向垂直纸面向里的匀强磁场，由于外力的作用，玻璃管在磁场中的速度保持不变，最终小球从上端管口飞出。取g＝10 m/s2。则下列说法正确的是( )
A．小球在管中运动的过程中机械能守恒
B．小球的运动轨迹为直线
C．小球在管中运动的时间为2 s
D．小球的机械能增加了8 J
2 磁场对运动电荷的作用力
1．B [A图中，粒子带负电，根据左手定则，粒子所受洛伦兹力方向竖直向下，A错误；B图中，粒子带正电，根据左手定则，粒子所受洛伦兹力方向竖直向下，B正确；C图中，粒子速度方向与磁场方向平行，粒子所受洛伦兹力为0，C错误；D图中，粒子速度方向与磁场方向平行，粒子所受洛伦兹力为0，D错误。]
2．B [根据安培定则可知导线下方磁感应强度方向垂直纸面向外，再根据左手定则可知电子将向上偏转，由于洛伦兹力不做功，所以电子速率不变，故选B。]
3．B [赤道上方磁场方向与地面平行，由南向北，根据左手定则可知，带正电的α射线和质子向东偏转，带负电的β射线向西偏转，不带电的γ射线不偏转，故选B。]
4．C [带电粒子的速度方向与磁感线方向垂直时，洛伦兹力F＝qvB，在B、v相同时，F与电荷量q成正比，与质量无关，所以洛伦兹力之比为1∶2，C项正确。]
5．A [P、Q两根导线与O点间的距离相等，根据安培定则，在O点产生的磁感应强度方向相反，大小相等，合磁感应强度为零，所以O点实际磁感应强度等于导线R在O点产生的磁感应强度，根据安培定则，O点的磁感应强度方向沿x轴负方向，r＝eq \f(\r(3),2)a，磁感应强度的大小B＝eq \f(kI,r)＝eq \f(2\r(3)kI,3a)，F＝evB＝eq \f(2\r(3)evkI,3a)，根据左手定则，电子所受洛伦兹力方向垂直纸面向里，故A正确，B、C、D错误。]
6．C [电子射线由阴极沿x轴方向射出，四指指向x轴负方向，荧光屏上的亮线向下(z轴负方向)偏转，洛伦兹力(大拇指指向)向下，由左手定则可知，磁场方向为沿y轴正方向，故选C。]
7．C [高速电子流打在荧光屏上的位置由b点逐渐移动到a点，可知电子先向下偏转，后向上偏转，根据左手定则可知，磁场的方向开始时垂直纸面向里，方向为正，且逐渐减弱，后来电子又向上偏，磁场方向垂直纸面向外，方向为负，且逐渐增强，故C正确。]
8．B [由于小球的运动方向不同，则根据左手定则可知，洛伦兹力的方向不同，故A错误；由题意可知，拉力与洛伦兹力对小球不做功，仅仅重力做功，则小球机械能守恒，所以小球分别向左和向右两次经过A点时的动能相同，故B正确；由于两次经过A点时的动能相同即速度大小相等，由于速度方向不同，导致洛伦兹力的方向也不同，则拉力的大小也不同，向左摆动通过A点时所受洛伦兹力的方向向上，充当一部分向心力，故丝线拉力较小，即向右摆动通过A点时丝线的拉力大于向左摆动通过A点时丝线的拉力，故C、D错误。]
9．A [为了使小球飘离水平面，则必须使小球受到向上的洛伦兹力，根据左手定则可知，使小球水平向左运动或者使磁场水平向右运动，根据mg＝qvB，可得v＝eq \f(mg,qB)，故选A。]
10．C [根据左手定则可知圆环所受洛伦兹力的方向向上，如果qv0B＝mg，则环和杆之间无弹力，圆环也不受摩擦力，环在杆上匀速直线运动，圆环运动的速度—时间图像如A选项所示；如果qv0B>mg，则环和杆之间有摩擦力作用，环做减速运动，根据牛顿第二定律可得μ(qvB－mg)＝ma，环的加速度减小，当减速到qvB＝mg时，环和杆之间无弹力，此后环做匀速直线运动，圆环运动的速度—时间图像如D选项所示；如果qv0BvN，所以FM>FN，结合牛顿第三定律可知，D正确。]
12．C [小球水平方向随玻璃管做匀速运动，故管壁对小球的作用力和洛伦兹力的水平分量等大反向，竖直方向受重力、洛伦兹力的竖直分量作用，小球从上端口飞出，故竖直分量的洛伦兹力方向向上，且对小球做正功，故机械能不守恒，有ΔE机＝qvBh＝9.6 J，故A、D错误；对小球受力分析可知，竖直方向上有qvB－mg＝ma，解得a＝2 m/s2，小球在水平方向上做匀速直线运动，竖直方向上做匀加速直线运动，所以小球做曲线运动，轨迹为曲线，故B错误；竖直方向上h＝eq \f(1,2)at2，解得小球在管中运动的时间为t＝2 s，故C正确。]